4 ottobre 2004 Corso di Chimica Lezioni 3-4 1

Corso di Chimica 2004-2005

Lezioni 3-4

Luigi Cerrutiluigi.cerruti@unito.it

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Macroscopico vs. microscopico

• Il livello macroscopico è occupato da oggetti le cui dimensioni vanno da quelle di un batterio (10-6 m) a quelle usuali del mondo accessibile al nostro corpo (10-3 – 103 m)

• Il livello microscopico è occupato da oggetti le cui dimensioni vanno da quelle di un nucleo atomico (10-15 m) a quelle di una grossa proteina (100.10-9 m)

Il linguaggio della chimica si riferisce costantemente a due livelli diversi del mondo reale

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Gli oggetti microscopici della chimicaL'atomo

• L'atomo è un sistema microscopico costituito da

– protoni, carica 1,6 • 10-19 C, massa 1,673 • 10 -24 g

– neutroni, carica zero, massa 1,675 • 10 -24 g

– elettroni, carica - 1,6 • 10-19 C, massa 9,109 • 10 -28 g

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Gli oggetti microscopici della chimicaMolecole e ioni

• Una molecola è un sistema costituito da uno o più atomi, in grado di esistere 'isolato'– Il termine 'isolato' si riferisce qui a sistemi che hanno solo

interazioni deboli con altri oggetti microscopici

• Le molecole sono dette mono-, bi- , tri- … atomiche a seconda che siano costituite da 1, 2, 3 atomi– La -globulina è costituita da 19.996 atomi

• Uno ione è un atomo o una molecola con carica elettrica intera, positiva o negativa– Il solfato di rame è costituito da ioni Cu2+ e SO4

2-

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Gli oggetti microscopici della chimicaI costituenti di un cristallo

• Molte sostanze importanti, specie allo stato solido, non sono costituite da molecole 'isolabili'

– Nel sale da cucina NaCl (s) esistono solo ioni Na+ e Cl- separati; l'unità stechiometrica di riferimento è NaCl

– Nel 'verde rame' CuSO4 (s) esistono solo ioni Cu2+ e SO42- ;

l'unità stechiometrica di riferimento è CuSO4

– Il diamante è un corpo semplice, in cui esistono solo atomi di carbonio legati fra di loro in modo da costituire un'unica molecola; l'unità stechiometrica di riferimento è C

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La struttura del diamante

• Struttura cristallina del diamante

• Ogni atomo di carbonio è legato ad altri 4 atomi

• Un diamante perfetto è costituito da una unica 'molecola'

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Il reticolo cristallino del cloruro di sodio, NaClCristalli di sale da cucina

La cella unitaria dell'NaCl contiene 4 ioni Na+ e 4 ioni Cl-

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Il reticolo cristallino dell'NaCl

Ogni ione Na+ è circondato da 6 ioni Cl-

Ogni ione Cl-

è circondato da 6 ioni Na+

Vi sono delle prove sperimentali dell'esistenza di Na+ nei cristalli di cloruro di sodio?

Vi sono delle prove sperimentali dell'esistenza di Na+ nei cristalli di cloruro di sodio?

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Gli oggetti microscopici della chimicaL'atomo

• L'atomo è un sistema miscoscopico costituito da

– protoni, carica 1,6 • 10-19 C, massa 1,673 • 10 -24 g

– neutroni, carica zero, massa 1,675 • 10 -24 g

– elettroni, carica - 1,6 • 10-19 C, massa 9,109 • 10 -28 g

Le proprietà chimiche di un atomo sono determinate dal numero di protoni contenuti nel nucleo

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Gli isotopi

I nuclei degli atomi sono caratterizzati dal numero di protoni e di neutroni che contengono.

Gli atomi di un elemento hanno tutti lo stesso numero di protoni, ma possono avere un numero diverso di neutroni.

Gli atomi di un elemento che hanno un numero diverso di neutroni sono detti isotopi di quell'elemento

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L'unità di massa atomica

Si è definita come unità di massa atomica un dodicesimo della massa dell'isotopo 12C

Il nome di questa unità di misura è dalton (uma)

1 uma = 1,66059 • 10-24 g

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Simboli atomici

A

XZ

X simbolo dell'elemento, ad es. Ne, neon

A numero di massa dell'isotopo: numero dei protoni + numero dei neutroni

Z numero atomico: numero dei protoni, carica nucleare

35

Cl17

16

O 8

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La tavola periodica degli elementi

Elementi e composti sono veri e propri individui chimici

Elementi e composti sono veri e propri individui chimici

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Schema del funzionamento di uno spettrometro di massa

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Spettro di massa del mercurio

196Hg 0,146 %

202Hg 29,80 %

massa atomica relativa del mercurio naturale:

200,59

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La legge di Gay-Lussac, 1808

Data la reazione fra due gas, i volumi dei reagenti e dei prodotti gassosi stanno fra di loro in rapporto come numeri interi semplici

1 vol. di idrogeno più 1 vol. di cloro danno 2 vol. di cloruro di idrogeno

2 vol. di idrogeno più 1 vol. di ossigeno danno 2 vol. di acqua (vapore)

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La legge di Avogadro, 1811

Volumi uguali di gas diversi, nelle stesse condizioni di temperatura e pressione, contengono lo stesso numero di molecole

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L'interpretazione della legge di Gay-LussacIl caso della reazione fra idrogeno e cloro

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L'interpretazione della legge di Gay-LussacIl caso della sintesi dell'acqua

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La definizione di mole

La mole è la quantità di sostanza di un sistema che contiene tante entità elementari quanti sono gli atomi in 0,012 kg di carbonio 12.

Le entità elementari devono essere specificate e possono essere atomi, molecole, ioni, elettroni, ecc, ovvero gruppi specificati di tali particelle.

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Moli di elementi e di composti

Nella fila di bicchieri davanti: una mole di Cu, Pb, Hg, Fe

Nella fila di bicchieri dietro: una mole di zucchero, acqua, S8, S, NaCl

La formula dello zucchero è C12H22O11

La massa molare dello zucchero è 342 g mol-1

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La mole4 elementi, tre stati fisici

Nei vetrini d'orologio:63,54 g di rame, 1 mole di Cu32,06 g di zolfo, 1 mole di S

Il bicchiere contiene 200,59 g di mercurio, 1 mole di Hg

Il pallone contiene 4,00 g di elio, 1 mole di He

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Il volume di una mole di gas a TPS, 22,4 LQualche confronto

Pallone da basket, 7,5 L

Pallone da calcio, 6 L

Pallone da rugby, 4,4 L